PLC入门基础知识.pptx
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1、第一节 PLCPLC基础知识一、PLCPLC的产生与历史二、可编程控制器的定义三、PLCPLC的现状及发展趋势四、PLCPLC的特点五 、PLCPLC的基本功能六、PLCPLC与其他工业控制系统的比较第1页/共98页一、一、PLCPLCPLCPLC的产生与历史的产生与历史n世界上第一台PLCPLC 19691969年由美国数字设备公司(DECDEC)根据美国通用汽车公司(G GE E)的要求研制成功。n背景:19681968年美国通用汽车公司(G GE E),为了适应汽车型号的不断更新,生产工艺不断变化的需要,实现小批量、多品种生产,希望能有一种新型工业控制器,它能做到尽可能减少重新设计和更换
2、电器控制系统及接线,以降低成本,缩短周期。第2页/共98页n 设计思想:吸取继电器和计算机两者的优点 继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难,对生产工艺变化的适应性差,但简单易懂、价格便宜;计算机功能强大、灵活(可编程)、通用性好,但编程困难;采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程,使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。(梯形图)第3页/共98页7070年代初期:仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能,只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器(Programmable Logic ControllerProgrammable Logic C
3、ontroller)7070年代中期:微处理器技术应用到PLCPLC中,使PLCPLC不仅具有逻辑控制功能,还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能 8080年代以后:随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展,1616位和3232位微处理器应用于PLCPLC中,使PLCPLC得到迅速发展。PLCPLC不仅控制功能增强,同时可靠性提高,功耗、体积减小,成本降低,编程和故障检测更加灵活方便,而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。第4页/共98页n近年来PLCPLC发展迅速 PLCPLC集三电(电控、电仪、电传)为一体、性能价格比高、高可靠性的特点,已成为自动化工程的核心设备。P
4、LCPLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置,其使用量高居首位。PLCPLC成为现代工业自动化的三大技术支柱(PLCPLC、机器人、CAD/CAMCAD/CAM)之一。第5页/共98页n定义:国际电工委员会(IECIEC)于19871987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下:“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备,都应按易于与工业系统联
5、成一个整体,易于扩充其功能的原则设计”。二、可编程控制器的定义第6页/共98页三、PLCPLC的现状及发展趋势 19691969年美国数据设备公司(DECDEC)研制了第一台PLCPLC,从此PLCPLC发展迅猛。我国改革开放后,美国ABAB、GEGE、MODICONMODICON、TITI,日本OMRONOMRON、三菱、富士,德国西门子等厂家的产品不断进入我国,并在各行各业的工控系统中占据重要地位。第7页/共98页nPLCPLC三大流派欧洲:德国的西门子(SIEMENS)(SIEMENS)、AEGAEG及法国的TITI公司美国:A-BA-B(Allen-BradlyAllen-Bradly
6、)(其产品约占美国PLCPLC市场5050的份额。)、GEGE(General ElectricGeneral Electric)、莫迪康(MODICON)(MODICON)公司、德州仪器(T1)(T1)公司、歌德(Gould)(Gould)公司、西屋公司 日本:三菱电机(Mitsubishi ElectricMitsubishi Electric)、欧姆龙(OMRONOMRON)、FUJI FUJI (日本主要发展中小型PLCPLC,在世界小型PLCPLC市场上,日本产品约占有7070的份额。在中国,OMRONOMRON产品的销量居首位。)目前国内市场还有韩国、台湾等PLCPLC产品;现在市
7、场上出现了系列化的国产PLCPLC,其价格相对低廉,性价比较高。第8页/共98页西门子PLCPLC外形图2006-3-3 9 S7-200系列PLCS7-300系列PLCS7-400系列PLC第9页/共98页三菱三菱PLCPLCPLCPLC外形图外形图2006-3-3 10 Q系列PLCFX2N系列PLCFX1N系列PLCFX1S系列PLC第10页/共98页欧姆龙PLCPLC外形图C200H系列PLCCPM1A、CPM2A系列PLC第11页/共98页PLCPLC的国内外状况 19741974年我国开始仿制美国的第二代PLCPLC产品,但因元器件质量和技术问题等原因未能推广。直到19771977
8、年,我国才研制出第一台具有实用价值的PLCPLC,并开始批量生产和应用于工业过程的控制。主要厂家有:北京和利时,科迪纳,张前苏。洛阳易达,无锡信捷,南京嘉华,兰州全志,广州科赛恩,中山智达,恒日等。第12页/共98页第13页/共98页 (1 1)向高速度、大存储容量方向发展 (CPUCPU处理速度nSnS级;内存2 2M M字节)(2 2)向多品种方向发展和提高可靠性 (超大型和超小型)(3 3)产品更加规范化、标准化(硬件、软件兼容的PLCPLC)(4 4)分散型、智能型、与现场总线兼容的I I0 0(5 5)加强联网和通信的能力(6 6)控制的开放和模块化的体系结构OMACOMAC(ope
9、n Modular open Modular Architecture for ControlArchitecture for Control)PLCPLC的发展趋势第14页/共98页 就全世界自动化市场的过去、现在和可以预见的未来而言,PLCPLC仍然处于一种核心地位。在最近出现在美国、欧洲和国内有关探讨PLCPLC发展的论文中,这个结论是众口一词的,尽管对PLCPLC的未来发展有着许多不同的意见。近年来PLCPLC的市场销售一直坚挺;PCPC控制有了引人注目的进展,但毕竟只能对高端的PLCPLC产品形成竞争;小型、超小型PLCPLC的发展势头令人刮目相看;PLCPLC和PCPC控制在今后可
10、能相互融合。第15页/共98页 通用性强,使用方便 功能强,适应面广 可靠性高,抗干扰能力强 控制程序可变具有很好的柔性 编程方法简单,容易掌握 PLC PLC控制系统的设计、安装、调试和维修工作少.极为方便。控制程序变化方便.具有很好的柔性。体积小、重量轻、功耗低 四、PLCPLC的特点第16页/共98页五、PLCPLC的基本功能1 1 逻辑控制功能2 2 定时控制功能3 3 计数控制功能4 4 步进控制功能5 5 数据处理功能6 6 回路控制功能7 7 通讯联网功能8 8 监控功能9 9 停电记忆功能10 10 故障诊断功能第17页/共98页PLC应用于步进电机控制 第18页/共98页1
11、1 逻辑控制功能 逻辑控制功能是PLCPLC最基本功能之一,是PLCPLC最基本的应用领域,可取代传统的继电器控制系统,实现逻辑控制和顺序控制。在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面都有很多成功的应用实例。例如:机床电气控制、起重机、皮带运输机和包装机械的控制、注塑机控制、电梯控制、饮料灌装生产线、家用电器(电视机、冰箱、洗衣机等)自动装配线控制、汽车、化工、造纸、轧钢自动生产线控制等。第19页/共98页2 2 定时控制功能 定时控制功能是PLCPLC的最基本功能之一。PLCPLC中有许多可供用户使用的定时器,功能类似于继电器线路中的时间继电器。定时器的设定值(定时时间)可以在编程时设定,也
12、可以在运动过程中根据需要进行修改,使用方便灵活。同时PLCPLC还提供了高精度的时钟脉冲,用于准确实时控制。第20页/共98页3 3 计数控制功能 计数控制功能是PLCPLC的最基本功能之一。PLCPLC为用户提供许多计数器,计数器计数到某一数值时,产生一个状态信号(计数值到),利用该状态信号实现对某个操作的计数控制。计数器的设定值可以在编程时设定,也可以在运行过程中根据需要进行修改。传感器旋转编码器变频器等计数输入输入复位000000000100002第21页/共98页5 5 数据处理功能 PLC PLC大部分都具有数据处理功能,可以实现算术运算、数据比较、数据传送、数据移位、数制转换译码编
13、码等操作。中、大型PLCPLC数据处理功能更加齐全,可完成开方、PIDPID运算、浮点运算等操作,还可以和CRTCRT、打印机相联,实现程序、数据的显示和打印。第22页/共98页8 8 监控功能 PLCPLC设置了较强的监控功能。利用编程器或监视器,操作人员可以对PLCPLC有关部分的运行状态进行监视。利用编程器,可以调整定时器、计数器的设定值和当前值,并可以根据需要改变PLCPLC内部逻辑信号的状态及数据区的数据内容,为调整和维护提供了极大的方便。第23页/共98页9 9 停电记忆功能 PLC PLC内部的部分存储器所使用的RAMRAM设置了停电保持器件(备用电池等),以保证断电后这部分存储
14、器中的信息能够长期保存。利用某些记忆指令,可以对工作状态进行记忆,以保持PLCPLC断电后的数据内容不变。PLCPLC电源恢复后,可以在原工作基础上继续工作。第24页/共98页10 10 故障诊断功能 PLC PLC可以对系统构成、某些硬件状态、指令的合法性等进行自诊断,发现异常情况,发出报警并显示错误类型,如属严重错误则自动中止运行。PLCPLC的故障自诊断功能,大大提高了PLCPLC控制系统的安全和可维护性。第25页/共98页六、PLCPLC与其他工业控制系统的比较 PLC与继电器控制系统比较 继电器控制采用硬接线方式装配而成,只能完成既定的功能。PLC控制只要改变程序并改动少量的接线端子
15、,就可适应生产工艺的改变。从适应性、可靠性及设计、安装、维护等各方面进行比较。传统的继电器控制大多数将被PLC所取代。与工业计算机比较工业控制机控制要求开发人员具有较高的计算机专业知识和微机软件编程的能力。PLC采用了采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程,使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用,便于推广应用。PLC是专为工业现场应用而设计的,具有更高的可靠性。在模型复杂、计算量大且较难、实时性要求较高的环境中,工业控制机则更能发挥其专长。第26页/共98页第二节 PLCPLC基本原理2.2.1 1 PLCPLC内部硬件框图及各部分作用2.2.2 2 PLCPLC工作过程特点及主要性能指
16、标2.2.4 4 PLCPLC分类第27页/共98页2.2.1 PLC1 PLC内部硬件框图及各部分作用 PLCPLC的组成 PLCPLC由四部分组成 :中央处理单元(CPUCPU板)、输入输出(I/OI/O)部件和电源部件。第28页/共98页PLCPLC的基本组成与一般的微机系统类似:是一种以微处以微处理器为核心的、用于控制的理器为核心的、用于控制的特殊计算机PLCPLC的基本组成包括硬件与软件硬件与软件两部分 PLCPLCPLCPLC的硬件:的硬件:中央处理器(CPUCPU)、存储器、输入接口、输出接口、通信接口、电源等 PLCPLCPLCPLC的软件:的软件:系统程序和用户程序第29页/
17、共98页2.2.1 1.2.2 PLCPLC内部主要部件功能1.1.PLCPLC中的CPUCPU作用及分类CPUCPU的作用:按系统程序赋予的功能,指挥PLCPLC有条不紊地进行工作。归纳起来主要有以下五个方面:1 1)接收并存储编程器或其它外设输入的用户程序或数据)接收并存储编程器或其它外设输入的用户程序或数据2 2)诊断电源、)诊断电源、PLCPLC内部电路故障和编程中的语法错误等内部电路故障和编程中的语法错误等3 3)接收并存储从输入单元(接口)得到现场输入状态或数据)接收并存储从输入单元(接口)得到现场输入状态或数据4 4)逐条读取并执行存储器中的用户程序,将运算结果存入存储器)逐条读
18、取并执行存储器中的用户程序,将运算结果存入存储器5 5)根据运算结果,更新有关标志位和输出内容,通过输出接口实)根据运算结果,更新有关标志位和输出内容,通过输出接口实现控制、制表打印或数据通讯等功能现控制、制表打印或数据通讯等功能第30页/共98页PLCPLC中常采用的CPUCPU有三类:1)1)通用微处理器(如Z80Z80、80868086、8028680286等)2)2)单片微处理器(如80318031、80968096等)3)3)位片式微处理器(如AMD29WAMD29W等)小型PLCPLC:大多采用8 8位通用微处理器和单片微处理器;中型PLCPLC:大多采用1616位通用微处理器或单
19、片微处理器;大型PLCPLC:大多采用高速位片式微处理器(3232位);小型PLCPLC为单CPUCPU系统;中、大型PLCPLC则大多为双CPUCPU或多CPUCPU系统;对于双CPUCPU系统,一个为字处理器,一般采用8 8位、1616位或3232位处理器;另一个为位处理器,采用由各厂家设计制造的专用芯片。第31页/共98页u存储器的作用:PLCPLC中,存储器主要用于系统程序、用户程序、数据u存储器的类型:可读/写操作的随机存储器RAMRAM 只读存储器ROMROM、PROMPROM、EPROMEPROM、E E2 2PROMPROM2.2.系统程序存贮器第32页/共98页4.4.输入/
20、输出接口(I/OI/O模块)输入/输出接口通常也称I/O I/O 单元或I/O I/O 模块,是PLCPLC与工业生产现场之间的连接通道。PLCPLC输入接口-用户设备需输入PLCPLC的各种控制信号,如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其它一些传感器输出的开关量或模拟量(要通过模数变换进入机内)等,通过输入接口电路将这些信号转换成中央处理单元能够接收和处理的信号,用这些数据作为PLCPLC对被控制对象进行控制的依据。PLCPLC输出接口-路将中央处理单元送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出,以驱动电磁阀、接触器、电机等被控设备的执行元件。第33页/共98页 I/O I/O
21、I/O I/O 接口的作用:接口的作用:电平转换功能:由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的,而PLCPLC内部CPUCPU的处理的信号是标准电平信号。光电隔离和滤波功能,以提高PLCPLC的抗干扰能力,通常还有状态指示,工作状况直观,便于维护。I/O I/O 接口的类型:开关量输入/输出接口 模拟量输入/输出接口第34页/共98页 输入/输出(I/OI/O)点数:PLCPLCPLCPLC的的I/OI/OI/OI/O点数点数是指PLCPLC的I/OI/O接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数的总和。I/OI/OI/OI/O点数点数是选择PLCPLC的重要依据之一。当I/OI/O
22、点数不够时,可通过PLCPLC的I/OI/O扩展接口对系统进行扩展。第35页/共98页5.PLC5.PLC编程器及作用 编程器的作用:是编辑、调试、输入用户程序,也可在线监控PLCPLC内部状态和参数,与PLCPLC进行人机对话。它是开发、应用、维护PLCPLC不可缺少的设备。第36页/共98页6.PLC6.PLC中的电源及作用PLCPLC配有开关式稳压电源,以提供内部电路使用。与普通电源相比,PLCPLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。因此,对于电网提供的电源稳定度要求不高,一般允许电源电压在其额定值15%15%的范围内波动。许多PLCPLC还向外提供直流2424V V稳压电源,用于对外部传感
23、 器供电。电源的容量。第37页/共98页PLCPLCPLCPLC配有各种通信接口与外部设备连接配有各种通信接口与外部设备连接 与打印机连接,可将过程信息、系统参数等输出打印与监视器连接,可将控制过程图像显示出来与PLCPLC连接,组成多机系统或连成网络,实现更大规模控制与计算机连接,组成多级分布式控制系统,控制与管理相结合与人机界面(触摸屏)连接与智能接口模块连接。智能接口模块是一独立的计算机系统,它有自己的CPUCPU、系统程序、存储器以及与PLCPLC系统总线相连的接口。PLCPLC的智能接口模块种类很多,如:高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。与编程器连接第38页/
24、共98页PLC主机1号扩展机主机PLCA)近程扩展方式2号扩展机1号近程扩展机远程从站扩展机远程从站PLCPLCPLCPLCPLCB)远程扩展方式C)连网方式PLCPLC的扩展构成第39页/共98页A A)近程扩展方式第40页/共98页B B)远程扩展方式第41页/共98页C C)连网方式第42页/共98页编 程 器 编程器是PLCPLC最常用的外设,也是PLCPLC中唯一不需要通过功能模块而直接与总线相联接的外设。它通过主机上的编程器接口直接与主机相连。编程器上有一个方式选择开关,用于控制PLCPLC主机的工作方式。第43页/共98页掌上电脑编程器 可编程终端 第44页/共98页高档可编程终
25、端 第45页/共98页8 8、其它功能模块功能模块 模拟量输入模块(即A/DA/D模块)模拟量数字量 模拟量输出模块(即D/AD/A模块)数字量模拟量 动态输入/输出模块 自带动态扫描功能 温度传感器模块 温度模拟量数字量 高速计数模块 高频脉冲信号 PID PID模块 远程I/OI/O模块 扩展I/OI/O点的距离 通讯模块 与其它PLCPLC、微机、互连网通讯第46页/共98页u系统程序:系统程序,完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用、管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能。系统程序,由PLCPLC的制造厂家编写的,在PLCPLC使用过程中不会变动,它和PLCPLC的硬件组成有关,它关
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